Частина іі . Експлуатація та ремонт електрообладнання пристроїв електропостачання Розділ IV. Експлуатація і ремонт електроустаткування тягових підстанцій
4.1. Основні пошкодження силових трансформаторів
Пошкодження трансформаторів, як правило, є наслідком порушення діючих правил експлуатації, аварійних і нештатних режимів роботи, старіння ізоляції обмоток і ін. Досвід монтажу і ремонту трансформаторів показує, що дві третини пошкоджень виникають в результаті незадовільного ремонту, монтажу і експлуатації, а одна третина - унаслідок заводських дефектів. Основні пошкодження падають на обмотки, відведення, введення і перемикаючі пристрої.
Серйозні несправності трансформаторів виникають при пошкодженні магнітопровода (мал.4.1), унаслідок порушення ізоляції між окремими листами електротехнічної сталі і стягуючими їх болтами. У стикових магнітопроводах причиною аварії буває порушення ізоляції в стиках між ярмами 6; 8 і стрижнями 1. Місцеві нагріви сталі магнітопровода виникають в результаті руйнування або зносу ізоляції стягнутих шпильок 4, пошкодження міжлистової ізоляції і поганого електричного контакту.
Рисунок 4.1. Схематичне зображення магніто проводу: 1 – стержень; 2 – вертикальна стяжна шпилька; 3 – місця пресуючих шпильок стержня; 4 - стяжна шпилька; 5 – верхня ярмова балка; 6 – верхнє ярмо; 7 – нижня ярмова балка; 8 – нижнє ярмо
Частота і серйозність пошкоджень сердечника трансформатора залежать від якості ізоляції сталевих пластин. При пошкодженні міжлистової ізоляції і, як наслідок, об'єднанні вихрових струмів можуть вигоряти пластини електротехнічної сталі. Це явище називають «пожежа стали»; дефект усувається за-5 би міною вигорілих пластин. Ізоляцію листів краще всього проводити малостійкими ізоляційними лаками (наприклад № 202,302). Лакова плівка володіє високою механічною міцністю, нагревостойкостио і значним електричним опором. Пошкодження або руйнування ізоляції ізоляційних трубок стягнутих шпильок вимагає їх заміни бакелітовими або паперовий-бакелітовими трубками.
Обриви заземлення магнітодроту приводять до його пошкодження, тому всі металеві частини, окрім стягнутих шпильок, повинні бути заземлені. Способи заземлення залежать від конструкції сердечника.
Обмотки - найуразливіша частина трансформатора, пошкодження їх ізоляції створює небезпека КЗ. Вельми значно знижують електричну міцність ізоляції хімічні процеси, що відбуваються в трансформаторі із-за наявності в ній сторонніх домішок: волога (недостатня сушка обмоток після ремонту, зволоження охолоджуючого масла); залишку розчинника просочувального лаку; повітря або газів, що залишилися в ізоляції після заливки бака маслом; сторонніх механічних домішок і твердих частинок.
Рисунок 4.2. Графік перехідних процесів при КЗ
При підвищеному нагріві внутрішніх частин трансформатора хімічні процеси стають інтенсивнішими і їх негативна дія на ізоляцію різко зростає.
Найчастіше зустрічаються наступні пошкодження: коротке замикання між витками, а також обмотки на корпус; міжсекційні пробої; обрив ланцюга; електродинамічні руйнування.
При раптовому короткому замиканні на затисках вторинної обмотки в трансформаторі виникає перехідний процес, що супроводжується виникненням великого миттєвого струму КЗ ( iк ) . Цей струм можна розглядати як результуючий двох струмів: сталого iк.уст і струму перехідного процесу iк.пер, постійного по напряму, але що убуває по експоненціальному закону.
ik = iк.уст + iк.пер
Найбільш несприятливі умови КЗ можуть бути в мить, коли миттєве значення первинної напруги рівне нулю (и1 = 0). На мал. 4.2 побудована крива струму iк для цієї умови. Струм раптового к.з. (ударний струм) може досягати подвійного значення сталого струму КЗ (iк.уст) і в 20-40 разів перевищувати номінальне значення струму.
Перехідний процес при раптовому к.з. у трансформаторів малої потужності триває не більш за один період, а у трансформаторів великої потужності - 6-7 періодів. Потім трансформатор переходить в режим сталого к.з., при цьому в обмотках протікають струми iк.уст, значення яких хоч і менше струму ik при перехідному процесі, але все таки у багато разів перевищують номінальне значення. Не дивлячись на короткочасність процесу КЗ, він є значною небезпекою для обмоток трансформатора: по-перше, надмірно великий струм КЗ ik різко підвищує температуру обмоток, що може пошкодити їх ізоляцію; по-друге, різко збільшуються електромагнітні сили в них.
Значення питомої електромагнітної сили, що діє на витки обмоток, визначають твором магнітної індукції поля розсіяння Вδ на струм i у витку обмотки:
F = Bδ i,
де Р- питома електромагнітна сила, Н/м.
Із збільшенням сили струму росте також і індукція поля розсіяння, тому сила уросте пропорційно квадрату струму (Р= / ). Так, якщо струм у витку / = 100 А і індукція Вδ - 0,1 Тл, то Р = 0,1 х 100 = 10 Н/м. Така сила не викликає помітних деформацій витків обмотки. Але, якщо при раптовому КЗ кидок струму /к може досягати значення, що перевищує номінальний струм в 30 разів, в цьому випадку електромагнітна сила зросте в 900 разів і стане рівною 9000 Н/м. Така сила може викликати значні механічні руйнування в трансформаторі.
Рисунок 4.3. Руйнування обмоток трансформатора при КЗ
Те ж саме відбувається і при поштовхових навантаженнях. Якщо вони повторюються достатньо часто, то електродинамічні зусилля, деформуючи обмотку зсередини, ослабляють її і після декількох таких навантажень обмотка розривається (мал. 4.3). Особливо часто це відбувається у трансформаторів, що мають великий термін служби.
Найбільш часте пошкодження обмоток силових трансформаторів - це відгорає їх з'єднань з введенням. В основному цей дефект виникає при неякісній експлуатації силового трансформатора. В процесі експлуатації із-за вібрації сердечника відбувається ослаблення або обрив контактів між введеннями і обмоткою. Дефект усувається тільки при капітальному ремонті трансформатора, отже, в цьому випадку необхідна заміна силового трансформатора.
Основні несправності введень трансформаторів - тріщини, сколи і руйнування ізоляторів в результаті атмосферних перенапружень, наброса металевих предметів або попадання тварин на трансформатор, що приводить до міжфазного КЗ на введеннях, а також забруднення ізоляторів, неякісна арміровка і ущільнення, зрив різьблення їх стрижнів при тому, що неправильному нагвинчує і затягуванні гайки. Найбільш характерні пошкодження введень - текти масла між фланцем введення з гумовою прокладкою і кришкою, в арміровці або в місцях виходу стрижня. Пошкодження введень, як правило, супроводжується пожежами трансформаторів, що приносять значний збиток.
Пошкодження введень 110 кВ і вище пов'язані в основному із зволоженням паперової основи. Попадання вологи всередину введень можливо при неякісному виконанні ущільнень, при доливанні введень трансформаторним маслом із зниженою діелектричною міцністю.
Характерною причиною пошкодження фарфорових введень є нагрів контактів в різьбових з'єднаннях складених струмоведучих шпильок або в місці приєднання зовнішніх шин. Порівняно поширеними випадками пошкодження бака, що викликають його текти, є порушення зварних швів і недостатня щільність прокладки між баком і кришкою. Основна причина пошкодження розширювача, вихлопної труби і кришки з внутрішньої сторони - це іржа, яка утворюється в основному із-за конденсату.
Пошкодження перемикачів напруги. Перемикачі ТПСУ-9-120/11 і ТПСУ-9-120/12, застосовуються в трансформаторах напругою до 10 кВ і потужністю до 1000 кВ • А включно; перемикачі встановлюють під кришкою трансформатора (мал. 4.4).
Рисунок 4.4. Перемикач ТПСУ – 9 – 120/11: 1 – ковпак перемикача; 2 – алюмінева кришка сальника; 3 – паперово-бакелітовий циліндр; 4 – паперово-бакелітова втулка; 5 – гетинаксовий диск; 6 – латунні нікельовані циліндричні контактні стержні; 7 – сегментні латуння контакти
Частими пошкодженнями перемикачів є оплавлення і підгорання контактних поверхонь, що викликаються термічною дією струмів КЗ, а також недостатнім тиском (натисненням) сегментних латунних контактів 7 на циліндрові нерухомі били неповним їх зіткненням між собою. При значних оплавленнях і повному вигоранні контактів перемикач замінюють новим. Справна пружина для перемикачів ТПСУ, ПТО повинна забезпечувати зусилля контактів в робочому положенні, рівне 50-60 Н; її справність перевіряють шляхом перемикання по всіх ступенях. При цьому кожне положення перемикача повинне чітко фіксуватися і супроводжуватися клацанням. При огляді перемикача його слід очистити, закріпити і підтягти контакти. Іноді контактна поверхня перемикачів покривається дуже стійкою, твердою і тонкою плівкою - продуктом старіння масла.
Дефектоскопія трансформатора - комплекс робіт по виявленню характеру і ступеня пошкодження його окремих частин - найбільш відповідальний етап ремонту, оскільки при цьому визначаються дійсний характер і розміри пошкоджень, а також об'єм майбутнього ремонту і потреба в ремонтних матеріалах і оснащенні. Працівник, що проводить дефектоскопію, винен добре знати не тільки ознаки і причини несправності, але і способи їх безпомилкового виявлення і усунення.
Пошкодження зовнішніх деталей трансформатора (розширювача, бака, арматури, зовнішньої частини введень, пробивного запобіжника) можна виявити ретельними оглядами, а внутрішніх деталей - різними випробуваннями. Проте результати випробувань не завжди дозволяють точно встановити дійсний характер пошкоджень, оскільки будь-яке відхилення від норми, виявлене в результаті випробувань (наприклад, підвищений струм холостого ходу), може бути викликане різними причинами, зокрема витковим замиканням в обмотці, наявністю замкнутого контура струму через стягнуті болти і пресуючі деталі, неправильним включенням паралельних обмоток і ін. Тому в процесі дефектоскопії, як правило, розбирають трансформатор і при необхідності піднімають активну частину, що дозволяє не тільки точно встановити причини, характер і масштаби пошкоджень, але і визначити потрібні для ремонту трансформатора матеріали, інструменти і пристосування, а також час.